JP6129187B2 - 微細加工された垂直構造物に基づくバルク波共振器 - Google Patents
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Description
平面の法線に沿って第1の厚さe1を持つ平面を有し、第1の材料から成る、保持手段としての基板ブロックと、
互いに面して位置決めされる第1および第2の平面を有し、長さL、幅lおよび第2の厚さe2を有し、第2の圧電材料から成る共振平板と、
共振平板の第1の面および第2の面をそれぞれ少なくとも部分的に覆い、共振平板を通じて少なくとも部分的に互いに面して位置する第1および第2の金属電極とを含む、バルク波圧電共振器であって、
共振平板が、共振平板の幅および基板ブロックの第1の厚さが同じ方向を有するように基板ブロックの平面の近くに垂直に固定され、
第1の材料、第2の材料、基板ブロックの第1の厚さ、共振平板の長さ、幅l、第2の厚さが、共振器の動作周波数のバルク波を捕捉し、平面−平面型の、すなわちバルク波が共振平板の厚さの方向に伝搬する型のバルク波圧電共振器を生じさせるように構成されることを特徴とする、バルク波圧電共振器である。
− 共振平板の第2の厚さe2に対する共振平板の幅lの比として定義される横方向形状因子Flは、5以上、好ましくは10以上である。
− 共振平板の厚さに対する共振平板の長さの比として定義される縦方向形状因子は、5以上、好ましくは10以上である。
− 共振平板および基板ブロックは、同じ圧電材料から成り、一体で部品を形成する。
− 共振器は、第1および第2の材料と異なる少なくとも1つの第3の材料から成る、基板ブロックおよび共振平板と異なる動作周波数fの付着および/または音響絶縁要素を含み、その付着および/または音響絶縁要素は、単一接着剤層、対照的な音響インピーダンスを持つ層のスタックによって形成されるブラッグミラーによって形成される群に含まれる。
− 共振平板および基板ブロックは、同じ圧電材料から成り、
その2つの面に平行な平面に沿った共振平板の結晶学的切断は、共振平板によって形成される変換器の電気音響結合係数が、共振平板の厚さ方向に伝搬するバルク波について0.0001よりも大きくなるように選択される。
− 共振平板は、厚さの方向にその長さの全体にわたって収縮領域を有し、そのため共振平板の厚さは、最小量を通過し、共振平板が基板ブロックに付着されると、その収縮領域は、基板ブロックの平面の近くに位置する。
− 第1の材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、圧電セラミック、石英、四ホウ酸リチウム、オルトリン酸ガリウム、ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、酸化亜鉛および窒化アルミニウムによって形成される材料の組に含まれる。
− 第2の材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、圧電セラミック、石英、四ホウ酸リチウム、オルトリン酸ガリウム、ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、ダイヤモンド炭素、シリコン、サファイアによって形成される材料の組に含まれる。
− 金属電極は、アルミニウム、銅、チタン、白金、イリジウム、ジルコニウム、ルビジウム、モリブデン、ニッケル、タングステン、金、ポリシリコン、これらの異なる金属の合金によって形成される材料の組に含まれる材料で作られ、
それらの厚さは、共振平板の局所領域内部にバルク波を捕捉して集結させるために共振平板および基板ブロックの境界に局在する質量分布を得るように分配される。
− 初期共振平板未加工層を準備するステップであって、初期共振平板未加工層が、圧電材料から成り、未加工層厚さeb、および厚さの方向に垂直な平面で未加工層の厚さebよりも明らかに大きい空間的広がりを有し、未加工層の結晶方位が、未加工層の結晶学的切断面が厚さebの方向に存在するようにあらかじめ選択されており、そのため切断面に沿って切断されかつ厚さe2を有するウェハが、0.0001以上の電気音響結合係数を持つ、バルク波がウェハの厚さ方向に伝搬する型の平面−平面型の圧電共振器を生じさせる、ステップと、
− 未加工層の厚さ方向にかつ部分的にまたは全体的に初期共振平板未加工層で、共振平板厚さe2、互いに面して位置決めされる第1および第2の平面を有する共振平板を切り出すステップであって、その平面は、長さL、幅lを有し、その切り出しは、切断面方向に沿って機械加工法によって行われ、平板の幅lおよび未加工層の厚さは、同じ方向であり、未加工層の材料および結晶方位、切断面の方向、共振平板の長さL、幅l、第2の厚さは、共振器の動作周波数のバルク波を捕捉し、平面−平面型の、すなわちバルク波が共振平板の厚さの方向に伝搬する型のバルク波圧電共振器を生じさせるように構成される、ステップと、
− 共振平板の第1の面および第2の面をそれぞれ少なくとも部分的に覆い、少なくとも部分的に互いに面して位置する第1および第2の金属電極を堆積させるステップとを含む、方法でもある。
− 初期未加工層でかつ初期共振平板未加工層の厚さ方向に共振平板を部分的に切り出すステップであり、未加工層の厚さの方向での部分的切り出しは、第1の面を通じて平板に隣接する第1の棒状部、および第2の面を通じて平板に隣接する第2の棒状部を除去することによって行われ、
棒状部を切り取った後に未加工層の残りとして共振平板および基板ブロックを得るように、平板を保持しかつ基準平面を有するステップであり、平板は、基板ブロックの平面に垂直に一体で付着され、平板の幅lはそれ故に、基板ブロックに対する平板の高さである。
− 保持基板未加工層厚さを有し、基板材料から成る保持基板未加工層を準備するステップと、
保持基板層と平板未加工層との間に、基板未加工層材料および共振平板未加工層と異なる少なくとも1つの第3の材料から成る、基板未加工層および共振平板未加工層と異なる動作周波数の付着および/または音響絶縁要素を形成することを目的とする少なくとも1つの層を位置決めするステップであって、付着および/または音響絶縁要素を形成する前記少なくとも1つの未加工層は、単一接着剤層、対照的な音響インピーダンスを持つ層のスタックによって形成されるブラッグミラーによって形成される群に含まれる、ステップと、
共振平板を形成するために少なくとも平板未加工層をある深さにわたって切り取るステップとである。
− 共振平板を切り出すためのステップは、ソーイングによって達成される。
− RF周波数源のための共振器。
− ネットワーク周波数フィルタ(はしご形またはトレリス形フィルタ)のための共振器、インピーダンス素子。
− 極性周波数フィルタ(モード結合条件を生じさせるために局在化されるカットアウトまたは質量過負荷をその中に統合することによる棒の特定の縁への作用による)のための結合共振器。
− センサおよび特にIFM(産業用−科学用−医療用)帯域を通じて問い合わされてもよい無線センサのための共振器。
− 高温センサ(ランガナイトおよびその誘導体、GaPO4、ZnOまたは塊状AlN、等々などの材料に関する)のための共振器。
− 加速度測定用、ジャイロスコープ用、重力測定用センサのための共振器。
− 音響光学結合によって光学信号を変調するための素子。
− 石英の場合、BT切断を使用するための(YXl)/40°(±5°)、AT切断を使用するための(YXl)/−54°(±5°)、SC切断を利用するための(YXwl)/22°/46°(各角度について±5°)。
− ニオブ酸リチウムの場合、純粋な縦バルク波の励起だけを可能にする切断(YXl)/36°を利用するための(YXI)/126°(±5°)、純粋な横バルク波の励起だけを可能にする切断(YXl)/163°を利用するための(YXl)/73°(±5°)、タンタル酸リチウムについても同じ結晶方位。
4 基板ブロック
6 共振平板
8 第1の面
10 第2の面
12 第1の金属電極
14 第2の金属電極
16 平面
20 電気的励起源
22 抽出回路
32 共振器
36 共振平板
38 収縮領域
42 第1の電極
44 第2の電極
54 第1の電極
56 第2の電極
58 膨らみ
60 膨らみ
62 共振器
64 基板ブロック
66 共振平板
68 結合要素
72 共振器
74 基板ブロック
76 共振平板
78 音響絶縁要素
102 方法
202 第1の中間状態
204 樹脂層
206 未加工ウェハ
212 第2の中間状態
214 ブロック、基板
216 共振平板、平板
218 谷部
220 谷部
222 棒状部
224 棒状部
226 樹脂層
228 上面
230 上面
232 上面
234 帯状部
236 帯状部
242 第3の中間状態、チップ
244 電極
246 電極
252 チップ
254 共振器
256 共振器
258 共振器
264 共振平板
266 共振平板
268 共振平板
270 電極
272 共通基板床
276 絶縁ストリップ
302 方法
322 第1の中間状態
324 第1の未加工ウェハ、基板ブロック
326 ブラッグミラーを形成する層
328 第2の未加工ウェハ
330 樹脂層
332 第2の中間状態、チップ
336 平板、共振平板
338 谷部
340 谷部
342 棒状部
344 棒状部
346 樹脂層
348 上面
350 上面
352 上面
354 帯状部
356 帯状部
362 第3の中間状態、チップ
364 電極
366 電極
402 方法
e1 基板の厚さ
e2 共振平板の厚さ
e21 共振平板の厚さ
e22 共振平板の厚さ
e23 共振平板の厚さ
L 共振平板の長さ
l 共振平板の幅
Claims (8)
- 所定周波数で動作し、かつ
平面(16)を持ち、前記平面の法線に沿って第1の厚さ(e1)を有し、第1の材料でできた、保持手段としての基板ブロック(4、64、74)と、
互いに面して位置決めされる第1の平面(8)及び第2の平面(10)を有し、長さ(L)、幅(l)および第2の厚さ(e2)を有し、圧電材料である第2の材料でできた、共振平板(6、36、66、76)と、
前記共振平板(6、36、66、76)の前記第1の平面(8)および前記第2の平面(10)をそれぞれ少なくとも部分的に覆い、前記共振平板(6、36、66、76)を通じて少なくとも部分的に互いに面して位置する、第1の金属電極及び第2の金属電極(12、14、42、44、54、56)とを含むバルク波圧電共振器であって、
前記共振平板(6、36、66、76)が、前記共振平板(6、36、66、76)の前記幅および前記基板ブロック(4、64、74)の前記第1の厚さが同じ方向を持つように前記基板ブロック(4、64、74)の前記平面(16)の近くに垂直に付着され、
前記第1の材料、前記第2の材料、前記基板ブロック(4、64、74)の前記第1の厚さ、前記共振平板(6、36、66、76)の前記長さ(L)、前記幅(l)、前記第2の厚さ(e2)が、前記共振器の動作周波数のバルク波を捕捉し、平面−平面型の、すなわちバルク波が前記共振平板の前記第2の厚さの方向に伝播する型のバルク波圧電共振器を生じさせるように構成され、
前記第1および第2の材料と異なる少なくとも第3の材料でできた、前記基板ブロック(64、74)および前記共振平板(66、76)と異なる動作周波数(f)の付着要素および/または音響絶縁要素(68、78)を含み、前記付着要素および/または音響絶縁要素(68、78)が、単一接着剤層、対照的な音響インピーダンスを持つ層のスタックによって形成されるブラッグミラーを含む群に含まれることを特徴とする、バルク波圧電共振器。 - 前記共振平板(6、36、66、76)の前記第2の厚さ(e2)に対する前記共振平板(6、36、66、76)の前記幅(l)の比として定義される横方向形状因子(Fl)は、5以上、好ましくは10以上である、請求項1に記載のバルク波圧電共振器。
- 前記共振平板(6、36、66、76)の前記厚さに対する前記共振平板(6、36、66、76)の前記長さの比として定義される縦方向形状因子は、5以上、好ましくは10以上である、請求項1または2に記載のバルク波圧電共振器。
- 前記共振平板(6)および前記基板ブロック(4)は、同じ圧電材料で作られ、一体で部品を形成する、請求項1または2に記載のバルク波圧電共振器。
- 前記共振平板(6、76)および前記基板ブロック(4、74)は、同じ圧電材料から成り、
その面の両方に平行な平面に沿った前記共振平板(6、76)の結晶学的切断は、前記共振平板によって形成される変換器の電気音響結合係数が、前記共振平板の前記厚さの方向に伝搬するバルク波について0.0001よりも大きくなるように選択される、請求項1から4のいずれか一項に記載の圧電共振器。 - 前記共振平板(36)が、前記厚さの方向にその長さの全体にわたって収縮領域(38)を有し、そのため前記共振平板(36)の前記厚さが、最小量を通過し、前記共振平板(36)が前記基板ブロック(4)に付着されると、前記収縮領域(38)が、前記基板ブロック(4)の前記平面の近くに位置することを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の圧電共振器。
- 前記第1の材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、圧電セラミック、石英、四ホウ酸リチウム、オルトリン酸ガリウム、ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、酸化亜鉛および窒化アルミニウムから選択され、
前記第2の材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、圧電セラミック、石英、四ホウ酸リチウム、オルトリン酸ガリウム、ランガサイト、ランガテイト、ランガナイト、ダイヤモンド炭素、シリコン、およびサファイアから選択される、請求項1から6のいずれか一項に記載の圧電共振器。 - 前記金属電極(12、14、42、44、54、56)は、アルミニウム、銅、チタン、白金、イリジウム、ジルコニウム、ルビジウム、モリブデン、ニッケル、タングステン、金、ポリシリコン、およびこれらのさまざまな金属の合金から選択された材料で作られ、
それらの厚さは、前記共振平板の局所領域内部に前記バルク波を捕捉して集結させるために前記共振平板および前記基板ブロックの境界に局在する質量分布を得るように分配される、請求項1から7のいずれか一項に記載の圧電共振器。
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